王建堂 史富强

摘 要：构建PLC平台的交流电机转速控制系统，根据交流电机的设定速度和实际反馈速度，获取速度误差和误差变化量，通过PLC实现变量模糊化和去模糊化，根据交流电机输出的脉冲宽度调制信号实现交流电机速度的精确控制，仿真系统能实现交流转速精确控制，有一定实用性价值。

关键词：交流电机;精确控制;仿真

目前交流电机速度控制最常用的方法是采用比例积分微分法，这种控制器参数变化小，不能满足交流电机调速的需求，如果使用神经网络、模糊逻辑等智能算法的控制系统，算法复杂，只适合理论上的执行，实用性较差。本文以PLC为平台，构建模糊逻辑的交流电机速度控制系统，系统通过编程实现模糊控制，输出交流电机的脉冲宽度调制驱动信号;通过仿真优化实现不同负载条件下交流电机启动。

1 系统构建

要实现交流电机速度控制系统可构建由PLC控制器、PWM驱动器、H桥和交流电机组成和速度传感器五部分组成的系统。工作时通过速度传感器采集交流电机理论速度和实际运行速度，计算出理论速度和实际速度的差值参数，将参数输入PLC模糊逻辑模块模糊化处理，以PWM占空比的信号形式输出，控制交流电机三相H电桥的驱动电压，实现交流电机转速的精确控制。

交流电机速度控制系统的整体框架结构由模糊化模块、规则库模块和去模糊化模块。模糊化处理过程由交流电机速度控制系统将输入、输出处理单元转换成模糊化的变量来进行处理，并检测的速度误差。系统的速度误差变化量定义为系统模糊逻辑控制器的输入信号变量，将系统模糊逻辑控制器输出信号定义成PLC可编程控制器的输出变量来进行处理。如果将交流电机的设定速度定义为，将内燃机车交流电机的实际速度定义为，上述计算公式中和计算过程如公式（1）和（2）所示：

为减少可编程控制器PLC系统计算和存储空间的限制对研究的影响可选择S形隶属函数smf和Z形隶属函数zmf。图1是速度控制器输入和的隶属度函数值，图2是系统输入的隶属度函数值。

规则数据库的设计采用模糊数学中模糊化规则进行处理，在速度控制器系统中，对输入误差和误差变化量，采用“IF-THEN”语句执行。对规则数量和模糊变量中的模糊子集划分相互一致，但是对误差模糊集和误差变化量模糊集则采用7个语言术语进行处理。

模糊化去除模块设计实现系统输出变量转换为非常具体数值变量，更具有量化处理的能力。

2 仿真研究

采用PLC程序进行模糊化编程。输入信息的模糊化处理，程序主体如下：

Q1NB=Deg error in PB*Deg ce in PM

Q2NB=Deg error in PM*Deg ce in PI3

Q3NB=Deg error in PB*Deg ce in PB

Deg out QB =Q1NB十Q2NB十Q3 NB

其次，去模糊化編程主体结构：

Q1= Deg out NB*NB

Q2= Deg out NM*NM

Q3= Deg out NS*NS

Q4= Deg out Z*Z

Q5= Deg out PS*PS

Q6= Deg out PM*PM

Q7= Deg out PB*PB

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+QS+Q6+Q7

D=Deg out NB+Deg out NM+Deg out NS+Deg out Z+Deg out PS+Deg out PM+Deg out PB，

U=out put=N/D

Z= 0，NS=5，NM=3 ，NB=4，PB= 4，PM= 3，PS= 1。

最终由系统的可编程PLC控制器采用模糊算法将计算出的输出信号变量输入到系统上端的PWM控制驱动器中，再经过H桥电路来精确地控制。

交流电机控制系统的包括交流电机、PLC控制器、PWM驱动器等，主要使用PLC控制器模糊规则，通过系统的输出信号调整交流电机调速驱动信号的占空比比例关系。应用MATLAB进行仿真，假设交流电机转速为1750 r/ min，在不同负载下启动电机，观测交流电机转动速度的变化曲线，计算出交流电机转速上升时间、稳定时间和过冲性能等重要的参数。综合比较发现交流电机的调速特性是：在加载的负载大情况下，电机调速的速度上升时间表现出比较长的特点，同时速度的稳定时间和过冲率却很小;当加载的负载比较小的时候，电机启动时加速的加速度小，速度提升较慢，但稳定性好。经过多次实验表明，PLC交流电机调整系统可以比较快地控制交流电机转速到预先设定值;能稳定交流电机的转速证明交流电机控制系统有一定的有效性和实用价值。

3 结论

交流电机转速控制可使用西门子PLC实现，经过验证取得良好的效果。系统通过PLC输出PWM电机驱动信号的占空比例调节交流电机的桥型调速电路的电压值，实现交流电机的调速，仿真证实PLC控制器在交流电机速度精确控制方面有一定的实用效果。

参考文献：

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